高频开关电源课程设计指导书

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1、高频开关电源课程设计指导书在现代电力电子技术中，电力变换有下列几种，AC-DC（即AC转换成为DC，其中AC表示交流电，DC表示直流电）称为整流，DC-AC称为逆变，AC-AC称为交流-交流变换，DC-DC称为直流-直流变换。高频半导体功率器件出现后，用半导体功率器件作为高速开关，使其在开关状态下工作，实现能量转换的电路，称为开关变换器电路。利用闭环反馈控制稳定变换器的输出，再加上保护环节等，即可构成开关电源（SwitchingPowerSupply）。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，它是功率转换的核心。把直流电压变换为低于这一数值的直流电压，最简单办法是

2、串联一个可变电阻（功率三极管），用线性器件控制阻值的大小，实现稳定的输出，这就是线性电源，它不涉及变频问题，电路简单，但效率低。用半导体功率器件作为开关，使变换器在固定频率下工作，通过调制占空比（PWM）控制输出，称为脉宽调制变换器，还可以固定开关导通时间，通过改变工作频率（PFM）控制输出，这称为频率控制变换器。另外，还有脉宽和频率都可以改变的变换电路。给变换电路加上整流电路和滤波电路，就构成一个完整的DC-DC变换器。一个开关周期内，功率开关导通时间所占整个开关周期的比例，称为占空比D，即；占空比越大，负载上电压越高。目前应用较广的是脉宽调制型（PWM）变换器

3、，它包括正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等多种类型。在高频开关电源功率转换电路中，单端变换器（反激、正激）中的高频变压器的磁芯只工作在第一象限，即处于磁滞回线的一边。按变压器的副边开关整流器二极管的不同连接方式，单端变换器有两种类型：一种是单端反激式变换器（主功率开关管与变压器副边整流管的开通时间相反：当前者导通时后者截止，反之当前者截止时后者导通），另一种是单端正激式变换器（两者同时导通或截止）。15一、单端反激式开关稳压电源设计1.1单端反激式开关电源由Buck-Boost推演并加隔离变压器后得反激变换器原理线路，如图1-1示。图1-1单端反激变换器主回

4、路电路图当加到原边主功率开关管Tr的激励脉冲为高电平时，Tr导通，直流输入电压Vs加在原边绕组两端，能量储存在原边绕组内，此时因副边绕组相位是上负下正，整流管D1反向偏置而截止；当驱动脉冲为低电平使Tr截止时，原边绕组两端电压极性反向，使变压器副边绕组相位变为上正下负，整流管被正向偏置而导通，此后储存在变压器原边绕组中的磁能向负载传递释放。因单端反激变换器只是在原边开关管导通期间储存能量，当它截止时才向负载释放能量，故高频变压器在开关工作过程中，既起前后级隔离作用，又是电感储能元件。因此又称单端反激变换器为“电感储能式变换器”。在单端反激变换器中，一般有两种工作方

5、式：一种是完全能量转换（电感电流不连续方式）。在储能周期（）中，变压器中存储的所有能量在反激周期（）中都转移到输出端。另一种是不完全能量转换（电感电流连续方式）。储存在变压器中的一部份能量在末保留到下一个的开始。1.2TOPSwitch单端反激开关电源设计15TOPSwitch系列芯片是美国PI公司新推出的第二代单片开关电源集成电路。芯片内含振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过电流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断/自动重启动电路。能以最简单的方式构成无工频变压器的反激式开关电源。其开关频率为100KHz。它不仅

6、设计先进，功能完善，而且外围电路简单，使用非常灵活。是目前设计小功率（250W）开关电源的最佳选择。表1-1列出了各种TOPSwitch的不同输出功率。表1-1各种TOPSwitch的不同输出功率型号Pmin(W)Pnom(W)Pmax(W)Ppeak(W)TOP220061213TOP20110162227TOP20215233040TOP20320283548TOP20430405073TOP21425344261TOPSwitch封装和内部原理图如图1-2和图1-3所示。图1-2TOPSwitch封装外形图1-3TOPSwitch内部功能框图电源启动时，连接

7、在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电，在RE15两端产生压降，经RC滤波后，输入到PWM比较器的同相端，与振荡器产生的锯齿波电压相比较，产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管，因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。当控制极电压Vc达到5.7V时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向Vc供电。在正常工作阶段，由外界电路构成电压负反馈控制环，调节输出级MOSFET的占空比以实现稳压。当输出电压升高时，Vc升高，采样电阻RE上的误差电压亦升高。而在与锯齿波比较后，将使输出电压的占空比减小，从而使开关电源的电压减小。当控制极电压低于4.7V时，M

8、OSFET